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纳米“镜廊”室温下实现分子与光混合

2016-08-18 09:30
默菲
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  当一个分子发出闪光,发出的光子就不可能再返回。但据英国剑桥大学网站报道,该校Jeremy J. Baumberg研究团队设法把单个分子放在一种微小的光腔里,让它发出的光子返回到分子中,在适当的时候再离开,让能量在光和分子之间来回振荡,形成一种分子和光的量子态强耦合。这一成果有助于开发量子技术,以及能控制物质物理和化学性质的新方法。相关研究成果“Single-molecule strong coupling at room temperature in plasmonic nanocavities”发表于近日出版的《自然》杂志上(Nature, 2016, DOI: 10.1038/nature17974)。

  图来源:剑桥大学

  以往试图混合分子和光的实验非常复杂,通常在极低温度下才能实现。而新方法能在室温下产生这些“半发光”分子。Baumberg团队用金纳米粒子和金原子薄膜围成微小的“廊道”,把亚甲基蓝染料分子放在里面。金原子薄膜就像镜子,围成的直径约1纳米“镜廊”,成为捕获光的光腔。Baumberg说:“虽然比一根头发还细几十万倍,但对一个分子来说,它就像一个‘镜廊’。”

  为了实现分子与光混合,还要让染料分子在“镜廊”中保持直立姿势。研究论文第一作者罗希特·奇卡拉第(Rohit Chikkaraddy)说,一般分子会平躺在金膜上,很难让它们“站”起来。他们把染料分子装入一种叫做“瓜环”的桶形分子笼中,使其保持直立后开始实验。最终他们发现,分子散射光谱分裂成两个分离的量子态,这是“混合”的特征标记,光谱间隔反应了光子在不到万亿分之一秒内又返回到分子中。

  Chikkaraddy说,为了找到这种特征标记,他们花了几个月时间来收集数据。研究的一个关键是证明了对单分子来说,即使在室温条件和金属有很强大光吸收作用的情况下,光与物质强混合仍可能实现。

  图来源:Nature

  研究人员指出,分子和光之间这种不同寻常的相互作用,提供了控制物质物理和化学性质的新方法,有助于科学家处理量子信息,理解复杂光合作用过程的工作原理,甚至控制原子之间的化学键。
 

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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